(57)【要約】【課題】受話音量を増大したときでもハウリングの発生を防止する。【解決手段】拡声通話装置は、マイクロホン１、スピーカ２、２線−４線変換回路３、受話信号増幅器ＶＧ、音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂで構成される。話者が手動で受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大して受話音量を大きくした場合、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４において、受話信号増幅器ＶＧの増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすようにしている。その結果、受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大しても音響側帰還経路ＨAC並びに回線側帰還経路ＨLINにより形成される閉ループの一巡利得の増加が抑制されるので、ハウリングの発生を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集音した音声を送話信号として出力するマイクロホンと、相手側の通話端末からの受話信号に応じて鳴動するスピーカと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを消去する第１のエコーキャンセラと、相手側の通話端末における音響結合や相手側の通話端末との間の回線における信号の回り込みによって生じる回線エコーを消去する第２のエコーキャンセラと、第１及び第２のエコーキャンセラの間に設けられ、音響エコー経路並びに回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得を低減してハウリングを抑制する音声スイッチと、音声スイッチと第１のエコーキャンセラの間に設けられ、スピーカへ出力される受話信号を増幅し且つ増幅度が可変である受話信号増幅手段とを備え、
音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、
総損失量算出部は、受話信号増幅手段の増幅度が増大した場合に当該増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすことを特徴とする拡声通話装置。
【請求項２】
第２のエコーキャンセラは、回線エコー経路のインパルス応答を適応的に同定して当該回線エコー経路への入力信号から擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を回線エコー経路からの出力信号より減算する減算器とを具備し、適応フィルタは、受話信号増幅手段の増幅度が増大した後も増大前の擬似エコー成分の推定結果を用いることを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。
【請求項３】
受話信号増幅手段は、所定の時定数に従って緩やかに増幅度を変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の拡声通話装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホン並びにスピーカを具備して拡声通話を行うインターホン等の拡声通話装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響側の帰還経路や、相手側の通話端末との間で形成される回線側の帰還経路によって不快なエコー（音響エコーあるいは回線エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入部と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入部と、送話側及び受話側の各損失挿入部から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部とを具備する。挿入損失量制御部は、受話側損失挿入部の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入部の入力点へ帰還する経路（以下、「音響側帰還経路」という）の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入部の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入部の入力点へ帰還する経路（以下、「回線側帰還経路」という）の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側損失挿入部の挿入損失量と受話側損失挿入部の挿入損失量の和）を算出するとともに、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と上記総和挿入損失量の算出値に応じて送話側損失挿入部及び受話側損失挿入部の各挿入損失量の配分を決定している。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。
【特許文献１】特開２００２−３５９５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような拡声通話装置において、高齢者への対応としてスピーカから送出される受話音声の音量（以下、受話音量という。）を手動で大きくする機能を持たせた場合、受話音量が増大することで音響側帰還利得が増えてしまうから、音響エコー経路並びに回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得も増加してハウリングが生じやすくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、受話音量を増大したときでもハウリングの発生が防止できる拡声通話装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、集音した音声を送話信号として出力するマイクロホンと、相手側の通話端末からの受話信号に応じて鳴動するスピーカと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを消去する第１のエコーキャンセラと、相手側の通話端末における音響結合や相手側の通話端末との間の回線における信号の回り込みによって生じる回線エコーを消去する第２のエコーキャンセラと、第１及び第２のエコーキャンセラの間に設けられ、音響エコー経路並びに回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得を低減してハウリングを抑制する音声スイッチと、音声スイッチと第１のエコーキャンセラの間に設けられ、スピーカへ出力される受話信号を増幅し且つ増幅度が可変である受話信号増幅手段とを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、受話信号増幅手段の増幅度が増大した場合に当該増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、第２のエコーキャンセラは、回線エコー経路のインパルス応答を適応的に同定して当該回線エコー経路への入力信号から擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を回線エコー経路からの出力信号より減算する減算器とを具備し、適応フィルタは、受話信号増幅手段の増幅度が増大した後も増大前の擬似エコー成分の推定結果を用いることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、受話信号増幅手段は、所定の時定数に従って緩やかに増幅度を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、受話信号増幅手段の増幅度を増大して受話音量を大きくした場合においても、音声スイッチの総損失量算出部が、当該増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすため、音響エコー経路並びに回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得の増加が抑制されてハウリングの発生を防止することができるという効果がある。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の効果を奏する。
【００１１】
請求項３の発明によれば、総損失量算出部における音響側帰還利得の推定処理に与える負荷を軽減してハウリングの発生をさらに確実に防止できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態は、図１に示すようにマイクロホン１、スピーカ２、２線−４線変換回路３、受話信号増幅器ＶＧ、音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂで構成される。
【００１３】
第１のエコーキャンセラ３０Ａは適応フィルタ３１Ａと減算器３２Ａからなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）ＨACのインパルス応答を適応フィルタ３１Ａにより適応的に同定し、参照信号（スピーカ２への入力信号）から推定した擬似エコー成分（音響エコー）を減算器３２Ａによりマイクロホン１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。また、第２のエコーキャンセラ３０Ｂも適応フィルタ３１Ｂと減算器３２Ｂからなる従来周知の構成を有し、２線−４線変換回路３と伝送路との間のインピーダンスの不整合による反射および相手の通話端末（例えば、インターホンシステムのドアホン子器など）におけるスピーカ−マイクロホン間の音響結合とにより形成される帰還経路（回線エコー経路）ＨLINのインパルス応答を適応フィルタ３１Ｂにより適応的に同定し、参照信号（２線−４線変換回路３への入力信号、すなわち送話信号）から推定した擬似エコー成分（回線エコー）を減算器３２Ｂにより受話信号から減算することで回線エコーを抑制するものである。
【００１４】
音声スイッチ１０は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入部１１と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入部１２と、送話側及び受話側の各損失挿入部１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側損失挿入部１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路ＨACを介して送話側損失挿入部１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響側帰還経路」という）の音響側帰還利得αを推定するとともに、送話側損失挿入部１１の出力点Ｔoutから回線エコー経路ＨLINを介して受話側損失挿入部１２の入力点Ｒinへ帰還する経路（以下、「回線側帰還経路」という）の回線側帰還利得βを推定し、音響側及び回線側の各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側損失挿入部１１の挿入損失量と受話側損失挿入部１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側損失挿入部１１及び受話側損失挿入部１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、本実施形態における第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂ並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂの入出力信号（受話信号及び送話信号）は所定のサンプリング周期でサンプリングされ、且つＡ／Ｄ変換器により量子化されている。
【００１５】
総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側損失挿入部１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側損失挿入部１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響側帰還経路ＨACにて想定される最大遅延時間において受話側損失挿入部１２の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で送話側損失挿入部１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響側帰還利得αの推定値α’とするとともに、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側損失挿入部１２の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側損失挿入部１１の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、回線側帰還経路ＨLINにて想定される最大遅延時間において送話側損失挿入部１１の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で受話側損失挿入部１２の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を回線側帰還利得βの推定値β’とする。そして、総損失量算出部１４は音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの各推定値α’，β’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。
【００１６】
挿入損失量分配処理部１５では、送話側損失挿入部１１の入出力信号及び受話側損失挿入部１２の入出力信号を監視し、これらの信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側損失挿入部１１と受話側損失挿入部１２に分配するように各損失挿入部１１，１２の挿入損失量を調整する。
【００１７】
ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話端末との通話開始から第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの推定値α’，β’がともに通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における各推定値α’，β’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点で第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には各推定値α’，β’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。
【００１８】
而して、通話開始直後の第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー並びに回線エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過して第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。
【００１９】
ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２０】
総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定処理を実行してその推定値α'(n)，β'(n)を算出し（ステップ１）、これら２つの推定値α'(n)，β'(n)の積と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ[ｄＢ]に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｒ(n)を下式により算出する（ステップ２）。
【００２１】
Ｌｒ(n)＝２０log|α'(n)・β'(n)|＋ＭＧ[ｄＢ]
なお、α'(n)，β'(n)，Ｌｒ(n)はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された帰還利得の推定値並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ(n)と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ(n-1)、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に微少な増加量Δｉ[ｄＢ]を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)から微少な減少量Δｄ[ｄＢ]を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。
【００２２】
このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉ又はΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話端末との通話開始直後のように第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが収束に向かって活発に係数を更新しているために音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。
【００２３】
ところで、本実施形態では音声スイッチ１０と第１のエコーキャンセラ３０Ａとの間の受話側の信号経路中に受話信号増幅器ＶＧが設けられている。この受話信号増幅器ＶＧは、本実施形態を使って相手の通話端末と通話している話者によって増幅度が手動で増減されるものであり、例えば、話者が聴力の低下した高齢者であっても受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大して受話音量を大きくすることによって受話音声を聞き取りやすくしている。ここで、従来技術で述べたように受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大した場合、受話音量が増大することで音響側帰還利得αが増えてしまうから、音響側帰還経路ＨAC並びに回線側帰還経路ＨLINにより形成される閉ループの一巡利得も増加してハウリングが生じやすくなってしまう。
【００２４】
そこで本実施形態では、話者が手動で受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大して受話音量を大きくした場合、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４において、受話信号増幅器ＶＧの増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすようにしている。その結果、受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大しても音響側帰還経路ＨAC並びに回線側帰還経路ＨLINにより形成される閉ループの一巡利得の増加が抑制されるので、ハウリングの発生を防止することができる。ここで、受話信号増幅器ＶＧの増幅度は通話が終了する毎に初期値に戻るようになっており、したがって、総損失量算出部１４が受話信号増幅器ＶＧの増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすのは、話者が手動で受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大して受話音量を大きくした当該通話中のみであって、次回の通話時には上述した固定モードで動作する。
【００２５】
なお、話者が手動で受話信号増幅器ＶＧの増幅度を増大して受話音量を大きくした場合であっても、総損失量算出部１４が受話信号増幅器ＶＧの増幅度の増大分に略等しい量だけ総損失量を増やすことで回線側帰還利得βはほとんど影響を受けないので、第２のエコーキャンセラ３０Ｂの適応フィルタ３１Ｂにおいては、受話信号増幅器ＶＧの増幅度が増大した後も増大前の擬似エコー成分の推定結果をそのまま用いればよい。
【００２６】
また、受話信号増幅器ＶＧが増幅度を増大又は減少させる際には、所定の時定数に従って緩やかに増幅度を変化させることが望ましい。つまり、受話信号増幅器ＶＧの増幅度（受話音量）が急激に変化すると音声スイッチ１０の総損失量算出部１４において音響側帰還利得αの推定値α’を求める処理に過大な負荷がかかってしまうが、増幅度を緩やかに変化させることで推定値α’を求める処理にかかる負荷が軽減できる。ここで、第１のエコーキャンセラ３０Ａが具備する適応フィルタ３１ＡはディジタルのＦＩＲフィルタにより構成されており、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正している。したがって、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａに対し、増幅度を緩やかに変化させる際の時定数を、逐次修正するフィルタ係数が発散しないような値に設定すればよく、例えば、時定数の値を変えながらフィルタ係数の発散を確認する実験を行って適切な値を決めればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における音声スイッチの動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１  マイクロホン
２  スピーカ
１０  音声スイッチ
１１  送話側損失挿入部
１２  受話側損失挿入部
１３  挿入損失量制御部
１４  総損失量算出部
３０Ａ  第１のエコーキャンセラ
３０Ｂ  第２のエコーキャンセラ
ＶＧ  受話信号増幅器
【図１】
2007124162.tif 000003
【図２】
2007124162.tif 000004